本发明专利技术提出一种采用工业硅生产过程中环保设施（除尘器）所收集的硅微粉副产物来制备用于工业硅冶炼的复合原料，有助于工业硅生产效率的提高，达到资源循环利用、节能减排的效果。硅微粉中SiO2是其中绝对主要的成份，具有比表面积大、化学活性高的特点。本发明专利技术将硅微粉与碳还原剂粉料及一定比例的粘结剂均匀混合，经过高压成型得到一种适合工业硅矿热炉尺寸要求的复合块材，即硅微粉—碳复合原料。这种复合原料用于工业硅的冶炼工艺中可以提高工业硅的产率、降低耗电量、减低生产成本，并完全解决了工业硅生产所产生的硅微粉再利用问题。本发明专利技术方法所制备的这种硅微粉—碳复合原料用于工业硅的冶炼工艺中具有耗电少、产率高、成本低的技术优势，具有较明显的经济和社会效益。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于エ业硅冶金
，涉及ー种循环利用在エ业硅生产过程中所收集的硅微粉的方法，采用硅微粉与碳还原剂粉混合后经高压成型形成硅微粉一碳复合原料，用于冶炼エ业硅的原料，有助于提高工业硅的产率、降低耗电量、减低生产成本。
技术介绍
エ业硅是由氧化硅(SiO2)在1800°C左右的高温下于矿热炉中经碳(C)还原而得到的，エ业硅为暗灰色固体，有金属光泽，因此也常常被称为金属硅。エ业硅是现代エ业的ー种重要的基础材料，广泛地应用于国民经济的各个领域，包括冶金、化工、电子信息、光电技术、航空航天、光伏新能源、船舶制造等领域。エ业硅在当今包括高科技产业在内的现代エ业中不可缺少的基础材料。现阶段，冶炼エ业硅所采用的氧化硅一般来自于石英石，石英石则一般从石英矿中采集，所采用的还原剂(碳)则大多来采用石油焦或低灰分煤，还包括浙青焦、木炭、木块等，石油焦一般由石油化工公司生产。我国高品质石英石储量丰富，而且分布地域很广，因此全国有几百家エ业硅生产企业。目前，我国エ业硅的年产量达到120万吨，产能接近300万吨/年，已经成为世界最大的エ业硅生产国，所生产的エ业硅每年大量地出口至世界各国。从石英矿采集来的石英石一般需要清洗，并破碎成粒径为5(Tl00mm的小石英石，再用水冲洗方可投入高温矿热炉中使用。还原剂一般要求碳含量高、灰分低、化学活性好，实际生产中常常采用多种还原剂搭配使用，这样能够达到更好的效果。エ业硅是在约1800°C左右通过下列总反应式由碳将氧化硅还原而得到的， SiO2 + C = Si + 2C0(I) 但实际反应远比上述总反应式要复杂得多，反应式(I)实际上包括了多步中间反应过程，具体如下 I.当炉料(石英石和还原剂)投入炉中后不断下沉，其温度也得到上升，炉气主要成份SiO气体的分解产物一部分被吸附在还原剂的孔隙中，另一部分从炉中挥发，SiO按下列反应式分解， 2Si0 = Si + SiO2(2) 2.炉料继续下降、温度升至1820°C以上时，发生下列反应， SiO + 2C = SiC + CO(3) SiO + SiC = 2Si + CO(4) SiO2 + C = SiO + CO(5) 当温度再升高吋，发生如下反应， 2Si02 + SiC = 3Si0 + CO(6) 3.炉料进一歩下降，将发生下列反应， SiO2 + 2SiC = 3Si + 2C0(7)3Si02 + 2SiC = Si + 4SiO + 2C0(8) SiO + CO = SiO2 + C(9) 3Si0 + CO = 2Si02 + SiC(10) 从上述反应过程可以看到，冶炼エ业硅的过程SiO的作用明显(反应式(2)和(4))，同时SiC的生成也比较重要(反应式(3)、(4)、(6)、(7)和(8))，因此我们要尽量使SiO留在料层中。SiO挥发性高，还原剂必须有足够的孔隙才能吸附足够的SiO。一般说来，还原剂如石油焦、木炭、低灰分煤等強度低、在高温下易塌陷，因此其内部的孔隙很容易被填充，其孔隙率有限。另ー方面，所投入的石英石孔隙率更低，因此无助于吸附SiO。这些因素严重地限制了単位能耗和单位原材料的エ业硅产率，不利于降低エ业硅的生产成本。为了能够大幅度提高单位能耗、単位原料条件下的エ业硅产率，达到节能减排的综合效果，我们有必要在エ业硅的冶炼エ艺中采用新的技术手段来实现节能减排、降低単位生产成本的目标，这是本专利技术的目标之一。在エ业娃的生产中，姆生产I吨エ业娃就会产生约O. 5吨的娃微粉副产物，娃微粉实际上是由矿热炉中挥发的SiO气体与空气中的O2反应所生成的SiO2超细颗粒，其中还包含一定含量的碳和微量的其它无机杂质。娃微粉在大气中具有形成漂浮的粉尘，对大气有较大的污染，不能直接排放到大气中。因此政府相关部门已制定了法令要求エ业硅生产企业无条件地收集硅微粉。在エ业硅生产过程中，硅微粉是通过专门的环保设施(除尘器)所收集、并装于特制的包装袋中。硅微粉具有结构疏松、比表面积大的特点，由于是在高温下收集的SiO2超细颗粒，因此其化学活性很高。エ业硅生产企业的这种硅微粉副产物目前主要作为水泥微量添加剂使用，需求量小、价格低，因此硅微粉被认为是经济价值极低的副产物，往往作为エ业废物处理。对于ー个年产I万吨的エ业硅企业来讲，每年产生大约5000吨的硅微粉副产物，硅微粉的表观密度很小，因此单位重量硅微粉所占的体积空间极大，这就要求企业不得不安排很大面积的库房空间来储存如此体积庞大的娃微粉副产物。由于市场对娃微粉的需求量甚微，同时也不能作为普通垃圾处理掉，因此硅微粉副产物的储存已成为エ业硅企业的ー个沉重负担。为了解决エ业硅企业目前涉及硅微粉副产物相关的问题，申请人根据多次实验的结果在本专利中提出了一种循环利用硅微粉来冶炼エ业硅的技术方法，实现了循环利用廉价硅微粉副产物的高经济效益，达到节能减排的社会效果。硅微粉副产物的循环应用是本专利的另ー个目标。通过对本企业(福建省上杭县九洲硅业有限公司)所生产的硅微粉副产物的成份分析，发现SiO2在硅微粉中占绝对主要的成份，其次为碳，具体的成份含量如表I所示。从表I中可以看到，SiO2含量超过97. 8%，在各种其它成份中，碳(C)含量最高，为O. 9%，在循环利用吋，这些碳可以作为还原剂，因此可以不着作杂质。接下来，以钾(K)的含量最高，这是因为钾盐在高温下易挥发的原因所致，硅微粉中的钾盐大部分可以采用去离子水洗棹。其它成份基本与从石英矿采集来的石英石类似，大部分可以通过对从矿热炉中流出的熔融态エ业硅采用造渣、通气等技术方法去除掉，从而可以冶炼出品质优良的エ业硅。表I.福建省上杭县九洲娃业有限公司生产的娃微粉成份权利要求1.一种用于エ业硅冶炼的硅微粉碳复合原料的制备方法，其特征是 (1)所述用于エ业硅冶炼的硅微粉碳复合原料的组成包括硅微粉、碳还原剂粉状原料和粘结剂，硅微粉占总原料的质量比为709Γ90%，粘结剂占总原料的质量比为19Γ5%，余量为碳还原剂粉料； (2)按步骤(I)所述的原料及原料配比将称量好的硅微粉、碳还原剂粉料、和粘结剂投入混料器中，经20飞0分钟搅拌后，得到硅微粉、碳还原剂粉料、和粘结剂的均匀混合物，搅拌速度控制在1(Γ90转/分钟； (3)将步骤(2)得到的均匀混合物装入橡胶模具中，采用等静压技术成型，得到硅微粉碳复合块材，亦即硅微粉碳复合原料，其粒径为4(Tl20mm，等静压成型时的压カ为100 800MPa。2.根据权利要求书I所述的ー种用于ェ业硅冶炼的硅微粉碳复合原料的制备方法，其特征是所述碳还原剂粉状原料是石油焦粉、低灰分煤粉或木炭粉中的ー种或多种。全文摘要本专利技术提出一种采用工业硅生产过程中环保设施(除尘器)所收集的硅微粉副产物来制备用于工业硅冶炼的复合原料，有助于工业硅生产效率的提高，达到资源循环利用、节能减排的效果。硅微粉中SiO2是其中绝对主要的成份，具有比表面积大、化学活性高的特点。本专利技术将硅微粉与碳还原剂粉料及一定比例的粘结剂均匀混合，经过高压成型得到一种适合工业硅矿热炉尺寸要求的复合块材，即硅微粉—碳复合原料。这种复合原料用于工业硅的冶炼工艺中可以提高工业硅的产率、降低耗电量、减低生产成本，并完全解决了工本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于工业硅冶炼的硅微粉碳复合原料的制备方法，其特征是：（1）所述用于工业硅冶炼的硅微粉碳复合原料的组成包括硅微粉、碳还原剂粉状原料和粘结剂，硅微粉占总原料的质量比为70%~90%，粘结剂占总原料的质量比为1%~5%，余量为碳还原剂粉料；（2）按步骤（1）所述的原料及原料配比将称量好的硅微粉、碳还原剂粉料、和粘结剂投入混料器中，经20~60分钟搅拌后，得到硅微粉、碳还原剂粉料、和粘结剂的均匀混合物，搅拌速度控制在10~90转/分钟；（3）将步骤（2）得到的均匀混合物装入橡胶模具中，采用等静压技术成型，得到硅微粉碳复合块材，亦即硅微粉碳复合原料，其粒径为40~120mm，等静压成型时的压力为100~800MPa。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杜国平，温思汉，谢建干，
申请(专利权)人：福建省上杭县九洲硅业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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